(57)【要約】【課題】ターゲットとして要求される結晶特性とバッキングプレートとして要求される機械的強度を兼ね備えたスパッタリングターゲットおよびその製造方法を提供する。【解決手段】本発明の一実施形態に係るスパッタリングターゲットの製造方法は、支持部１２の形成に際して、金属板１００を所定温度以下に維持しながら金属板１００の周縁部をスピニング加工する。上記所定温度は、例えば、焼きなまし効果による内部応力の緩和を抑制できる適宜の温度に設定される。支持部の形成にスピニング加工法を採用することで、支持部１２全域に応力を付加することができる。これにより加工硬化による支持部１２全体の強度向上を図ることができる。また、加工に伴う支持部１２の所定温度を超える温度上昇が阻止されるため、結晶組織の回復による支持部１２の硬度の低下が抑制される。【選択図】図３
2011129089.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
組織制御された円盤状の金属板を形成し、
前記金属板を所定温度以下に維持しながら前記金属板の周縁部をスピニング加工によって絞り変形させることで、前記金属板の周縁部に環状の支持部を形成する
スパッタリングターゲットの製造方法。
【請求項２】
請求項１に記載のスパッタリングターゲットの製造方法であって、
前記所定温度は、１３０℃である
スパッタリングターゲットの製造方法。
【請求項３】
請求項１に記載のスパッタリングターゲットの製造方法であって、
前記支持部を形成する工程は、
前記金属板の周縁部をスピニング加工によって絞り変形させる工程と
前記金属板を冷却する工程と、
前記金属板の周縁部を更にスピニング加工によって絞り変形させる工程とを有する
スパッタリングターゲットの製造方法。
【請求項４】
請求項３に記載のスパッタリングターゲットの製造方法であって、
前記金属板を冷却する工程は、前記金属板を保持する金型を冷却する工程を含む
スパッタリングターゲットの製造方法。
【請求項５】
組織制御された金属材料で形成され、第１の硬度を有する円板状のターゲット部と、
前記第１の硬度の１．２倍以上である第２の硬度を有し、前記ターゲット部の周囲をスピニング加工することで形成された環状の支持部と
を具備するスパッタリングターゲット。
【請求項６】
請求項５に記載のスパッタリングターゲットであって、
前記金属材料は、アルミニウム又はアルミニウム合金である
スパッタリングターゲット。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ターゲット部分とバッキングプレート部分とが一体形成されたスパッタリングターゲットの製造方法およびスパッタリングターゲットに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、薄膜形成用のスパッタリングターゲットは、円形あるいは矩形状の平坦な金属板で形成されており、バッキングプレートに一体的に接合された状態で、スパッタリング装置に組み込まれる。バッキングプレートは、スパッタリングターゲットをスパッタリングカソードへ接続するための金属部材であり、内部に冷却水の循環流路が形成されている。スパッタリングターゲットとバッキングプレートとの接合には、ろう接、電子ビーム溶接等が採用されている。ところが、ろう接による接合は、スパッタ時におけるターゲットの温度上昇を原因とするターゲットとバッキングプレートとの剥離を生じさせる可能性があり、一方、電子ビーム溶接による接合は、バッキングプレートにピンホールを生じさせる可能性がある。【０００３】
そこで近年、スパッタリングターゲットとバッキングプレートとを一体的に形成する技術が提案されている。例えば下記特許文献１には、金属又は合金からなる単一の板材（ブランク）を深絞り加工することで、ターゲット部分と該ターゲット部分を支持する支持部分とを有するスパッタリングターゲットを製造する方法が記載されている。【０００４】
一般的に、スパッタリングターゲットには、スパッタ成膜のための均質かつ正常な再結晶組織等が要求される。一方、バッキングプレートには、冷却水圧に耐え得る強度が要求される。特許文献１に記載の方法は、ターゲット部分の結晶特性に制御されたブランクスを作製し、このブランクスの周縁部をプレス加工することで支持部分を形成している。これにより、支持部分に対してのみ塑性加工を施すことが可能となるため、ターゲット部分の結晶特性を良好に維持できるとしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平６−１５８２９７号公報（段落[００１６]、［００２３］、図１）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１に記載の方法では、バッキングプレートとして要求される機械的強度を備えた支持部分を形成することは困難であると考えられる。すなわち、上記支持部分に関してはプレス加工による圧縮応力及び曲げ応力を受けることで加工硬化による硬度の向上が見込まれるが、例えばアルミニウム合金の場合には加工時に発生する熱で支持部分の結晶組織の回復あるいは再結晶が避けられず、所望とする硬度を得ることができないと考えられる。また、プレスによる深絞りは、ターゲット部分と支持部分との境界部に応力が集中すると考えられるため、支持部分の全域にわたって所望の強度を付与することは困難を伴う。【０００７】
以上のような事情に鑑み、本発明の目的は、ターゲットとして要求される結晶特性とバッキングプレートとして要求される機械的強度を兼ね備えたスパッタリングターゲットおよびその製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するため、本発明の一形態に係るスパッタリングターゲットの製造方法は、組織制御された円盤状の金属板を形成する工程を含む。
上記金属板を所定温度以下に維持しながら上記金属板の周縁部をスピニング加工によって絞り変形させることで、上記金属板の周縁部に環状の支持部が形成される。【０００９】
また、本発明の一形態に係るスパッタリングターゲットは、円板状のターゲット部と、環状の支持部とを具備する。
上記ターゲット部は、組織制御された金属材料で形成され、第１の硬度を有する。
上記支持部は、上記第１の硬度の１．２倍以上である第２の硬度を有し、上記ターゲット部の周囲をスピニング加工することで形成される。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の一実施形態に係るスパッタリングターゲットの断面図である。
【図２】上記スパッタリングターゲットの平面図である。
【図３】上記スパッタリングターゲットの製造方法を説明するスピニング加工装置の概略側面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
本発明の一実施形態に係るスパッタリングターゲットの製造方法は、組織制御された円盤状の金属板を形成する工程を含む。
上記金属板を所定温度以下に維持しながら上記金属板の周縁部をスピニング加工によって絞り変形させることで、上記金属板の周縁部に環状の支持部が形成される。
【００１２】
組織制御された円板状の金属板とは、スパッタリングターゲットとして要求される金属組織、結晶組織や結晶方位等が制御された金属板を意味する。上記金属板は、成膜時にスパッタ作用を受けるターゲット部を形成する。そして、上記支持部は、金属板の周縁部に一体的に形成され、内部に冷却水が導入されるバッキングプレートとして機能する。
【００１３】
上記スパッタリングターゲットの製造方法においては、支持部の形成に際して、上記金属板を所定温度以下に維持しながら上記金属板の周縁部をスピニング加工する。上記所定温度は、例えば、焼きなまし効果による内部応力の緩和を抑制できる適宜の温度に設定される。支持部の形成にスピニング加工法を採用することで、支持部全域に応力を付加することができる。これにより加工硬化による支持部全体の強度向上を図ることができる。また、加工に伴う支持部の所定温度を超える温度上昇が阻止されるため、結晶組織の回復による支持部の硬度の低下が抑制される。
【００１４】
以上のように、上記スパッタリングターゲットの製造方法によれば、上記ターゲット部の硬度に対して１．２倍以上の硬度を有する支持部を形成することができる。これにより、ターゲットとして要求される結晶特性とバッキングプレートとして要求される機械的強度を兼ね備えたスパッタリングターゲットを得ることができる。
【００１５】
上記所定温度は、金属板を構成する金属材料の種類、組成等によって適宜設定することができる。例えば、金属板がアルミニウム又はアルミニウム合金で形成される場合、上記所定温度は１３０℃とすることができる。１３０℃以下で金属板をスピニング加工することで、所望とする硬度あるいは機械的強度を備えた支持部を安定して形成することができる。
【００１６】
金属板を温度管理しながら加工する方法は特に限定されず、一実施形態では、上記金属板の周縁部をスピニング加工によって絞り変形させ、上記金属板を冷却し、上記金属板の周縁部を更にスピニング加工によって絞り変形させる。このように、加工と冷却を交互に行うことで、加工に伴う温度上昇を抑制しつつ所望の形状に支持部を変形させることができる。
【００１７】
上記金属板の冷却は、金属板を直接冷却してもよいし、金属板を保持する金型を冷却することで金属板を間接的に冷却してもよい。
【００１８】
本発明の一実施形態に係るスパッタリングターゲットは、円板状のターゲット部と、環状の支持部とを具備する。
上記ターゲット部は、組織制御された金属材料で形成され、第１の硬度を有する。
上記支持部は、上記第１の硬度の１．２倍以上である第２の硬度を有し、上記ターゲット部の周囲をスピニング加工することで形成される。
【００１９】
上記スパッタリングターゲットによれば、ターゲットとして要求される結晶特性と、バッキングプレートとして要求される支持部の機械的強度を満たすことができる。
【００２０】
以下、図面を参照しながら、本発明の実施形態を説明する。
【００２１】
図１及び図２は、本発明の一実施形態に係るスパッタリングターゲットの断面図および平面図である。本実施形態のスパッタリングターゲット１０は、全体的に略浅皿形状に形成されており、ターゲット部１１と、支持部１２とを有する。これらターゲット部１１および支持部１２は、同一の金属材料からなり、金属板を絞り変形させることで一体的に形成される。
【００２２】
ターゲット部１１は、円板形状を有し、組織制御された金属材料で形成されている。ターゲット部１１はアルミニウムまたはアルミニウム合金で形成され、本実施形態ではアルミニウム銅合金（Ａｌ−０．５％Ｃｕ）で形成されている。なお、ターゲット部１１を形成する金属材料は上記の例に限られず、スパッタリングターゲットとして用いられる他の金属あるいは合金材料が用いられてもよい。
【００２３】
ターゲット部１１は、スパッタリングターゲットとして要求される結晶組織、結晶方位にあらかじめ制御されている。上記結晶組織は、典型的には、微細かつ均一な再結晶組織であるが、要求されるターゲット品質に応じて最適な組織状態に制御される。このように組織制御された金属板は、鍛造や圧延等の所定の塑性加工および所定の熱処理を経て製造される。
【００２４】
ターゲット部１１の直径は、仕様に応じて適宜の大きさに設定される。本実施形態では、ターゲット部１１は、直径３００ｍｍ〜７００ｍｍで形成されるが、勿論これに限られない。
【００２５】
ターゲット部１１の厚みも特に限定されず、スパッタ時に導入される冷却水の圧力に耐えられ、かつ、支持部１２等の形成に支障のない範囲で適宜設定される。本実施形態では、２０ｍｍ〜５０ｍｍの厚みでターゲット部１１が形成される。
【００２６】
支持部１２は、ターゲット部１１の周囲に沿って環状に形成されている。支持部１２は後述するようにターゲット部１１の周囲をスピニング加工することで形成される。したがって、支持部１２は、塑性加工を受けることで加工硬化により硬度が上昇しており、その硬度はターゲット部１１の硬度よりも高い。特に、支持部１２は、後述するように温度管理された状態でスピニング加工を受けることで、ターゲット部１１の硬度の１．２倍以上の硬度を有する。
【００２７】
支持部１２は、ターゲット部１１を図示しないスパッタ装置のカソードに接続するバッキングプレートとしての機能を有する。ターゲット部１１の背面側には、支持部１２によって所定容積の空間部１３が形成されている。本実施形態では、この空間部１３に冷却水が導入されることで、スパッタ時におけるターゲット部１１の過度な温度上昇が抑制される。
【００２８】
本実施形態では、スパッタリングターゲット１０の着脱作業性を高めるため、支持部１２の先端にフランジ部１２ａが形成されている。フランジ部１２ａには、ボルト等の取り付け孔が適宜形成される。また、フランジ部１２ａの底面側に、シールリングが装着される環状溝が形成されてもよい。なお、フランジ部１２ａの形成は必須ではなく、省略されてもよい。
【００２９】
支持部１２は、ターゲット部１１側から徐々に直径が増加する円錐台形状を有しているが、その形状は特に限定されず、例えば円柱形状であってもよい。また、支持部１２の高さも特に限定されず、仕様に応じて適宜設定される。
【００３０】
次に、本実施形態のスパッタリングターゲット１０の製造方法について説明する。なお、以下に挙げる数値及び組成はあくまでも一例であり、これらの例に限定されることはない。
【００３１】
まず、直径２００ｍｍ、厚み１５０ｍｍの円板状金属インゴットを作製する。次に、このインゴットを２８０℃〜３００℃の温度下で熱間鍛造することで、直径１９０ｍｍ、厚み１５０ｍｍの大きさの円板状インゴットを作製する。続いて、このインゴットを水焼入れした後、２８０℃〜３００℃で焼きなまし、さらに冷間鍛造することで、直径４５０ｍｍ、厚み２５ｍｍの円板状インゴットを作製する。その後、水焼入れした後、再び２８０℃〜３００℃で焼きなます。以上のようにして所定のターゲット特性に組織制御された金属板１００を図３に示すスピニング加工装置２０によって絞り変形させる。
【００３２】
図３（Ａ）に示すように、スピニング加工装置２０は、金型２１と、金型２１を回転させるモータ２４とを有する。金属板１００は、金型２１と保持具２２の間に挟まれることで、スピニング加工装置２０に装着される。金型２１の中心部にはモータ２４の駆動軸２３が結合されており、モータ２４の駆動により、金型２１、金属板１００及び保持具２２がそれぞれ一体的に回転する。
【００３３】
金型２１は、作製されるスパッタリングターゲット１０の形状に応じて任意に定められる。保持具２２は、金属板１００の中央領域１０１を金型２１に押し付ける。金型２１と保持具２２との間に挟持された金属板１００の中央領域１０１は、スパッタリングターゲット１０のターゲット部１１を形成する。
【００３４】
保持具２２の外側に位置する金属板１００の周縁領域１０２は、絞り用ローラ３０によって金型２１の側周面に向けて押し付けられる。これにより、金属板１００の周縁領域１０２は、図３（Ｂ）及び図３（Ｃ）に示すように徐々に変形する。
【００３５】
金属板１００の周縁領域１０２は、絞り変形を受けることで内部応力（内部歪）が蓄積し硬化する。すなわち、金属板１００の周縁領域１０２は、加工硬化により強度が高まり、金属板１００の中央領域１０１よりも硬度が高くなる。
【００３６】
一方、加工エネルギーが熱エネルギーに変換されることで、金属板１００の周縁領域１０２の温度が上昇する。金属板１００の発熱は、周縁領域１０２の結晶組織の再配列を促し、内部応力の緩和を助長する。つまり、金属板１００の発熱による焼きなまし効果によって、周縁領域１０２の加工硬化による硬度の上昇が抑制されてしまう。
【００３７】
このような現象を阻止するために、本実施形態では、金属板１００のスピニング加工時において金属板１００の温度を管理し、これが所定以上の温度に達しないように金属板１００の冷却工程を実施する。これにより、金属板１００の周縁領域１０２の過度な温度上昇を回避して、周縁領域１０２の硬度の低下を防ぐことができる。
【００３８】
上記所定温度は、金属板を構成する金属材料の種類、組成等によって適宜設定することができる。例えば、金属板がアルミニウム又はアルミニウム合金で形成される場合、上記所定温度は１３０℃とすることができる。加工時における金属板１００の温度を１３０℃以下に維持することで、結晶組織の回復現象を効果的に抑制でき、内部応力の緩和による硬度の低下を防止することができる。
【００３９】
金属板１００の温度管理は、金属板１００の温度を直接管理してもよいし、金型２１の温度を管理してもよい。また、測温による温度管理に限らず、例えば、加工時間や加工率によって金属板１００の温度管理を行ってもよい。
【００４０】
金属板１００の冷却方法は、金属板１００の自然冷却、あるいは水冷や空冷等の強制冷却が採用可能である。また、金型２１を冷却することで、間接的に金属板１００を冷却してもよい。金属板１００を所定温度以下に維持するために、金属板１００の絞り加工を適度なインターバル（例えば１０分〜４０分）をおいて間欠的に実施してもよいし、金属板１００を冷却しながらの連続加工であってもよい。加工時の昇温速度は、加工速度や金属板１００の加工率等によっても変動するため、加工の進行に応じて金属板１００の冷却方法を変えてもよい。
【００４１】
金属板１００の絞り加工は、周縁領域１０２が金型２１の側周面に接触するまで継続される。これにより、ターゲット部１１の周囲を囲む環状の支持部１２が形成される。支持部１２のフランジ部１２ａは、金型２１のフランジ部２１ａに金属板１００の周縁を押し当てることで形成される。
【００４２】
以上のようにして、スパッタリングターゲット１０が製造される。本実施形態においては、金属板１００を温度管理しながら周縁領域１０２に絞り加工を施しているため、硬化速度を緩めずに支持部１２を形成することが可能となる。これにより、ターゲット部１１の硬度（例えばビッカース硬度（Ｈｖ）３０）の１．２倍以上の硬度で支持部１２を形成することができる。また、金属板１００の温度管理を実施することで、昇温によるターゲット部１１の結晶組織の変化を抑制でき、組織制御されたターゲット部１１の結晶状態を安定に維持することができる。
【００４３】
なお、本発明者らの実験によれば、温度管理せずに絞り加工を連続して行ったときのターゲット部に対する支持部の硬度比が１．１であったのに対し、上述のように金属板を１３０℃以下に管理しながら支持部を形成した場合、上記硬度比を１．３以上とすることができたことが確認された。また、比較的長めのインターバル（例えば４０分）をおきながら絞り加工を施すことで、硬度比１．４の支持部を形成できたことも確認されている。
【００４４】
また、本実施形態では、支持部１２の形成にスピニング加工法を採用している。これにより、金属板１００の周縁領域１０２をその全域にわたって一様な絞り変形を生じさせることが可能となり、支持部１２の全域をほぼ一様な硬度に仕上げることができる。したがって、プレス加工法のように折り曲げ部に集中的に変形応力が作用する加工法と比較して、硬度の均一性を高めることができる。その結果、バッキングプレートとして要求される支持部１２の機械的特性が確保されるため、信頼性の高いスパッタリングターゲットを製造することができる。また、プレス加工法と比較して、金型の製作コストを削減できるので、スパッタリングターゲット１０の生産コストの低減を図ることができる。
【００４５】
以上のように、本実施形態によれば、所望の結晶特性を有するターゲット部１１と機械的強度に優れた支持部１２とを兼ね備えたスパッタリングターゲット１０を製造することができる。また、大型のスパッタリングターゲットをも安定して製造することができる。
【００４６】
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明はこれに限定されることはなく、本発明の技術的思想に基づいて種々の変形が可能である。
【符号の説明】
【００４７】
１０…スパッタリングターゲット
１１…ターゲット部
１２…支持部
２０…スピニング加工装置
２１…金型
１００…金属板
【図１】
2011129089.tif 000003
【図２】
2011129089.tif 000004
【図３】
2011129089.tif 000005
【国際調査報告】
2011129089.tif 000006
2011129089.tif 000007